TWI233491B - A shorten distance field patterns measurement device for reflector antenna without microwave anechoic chamber - Google Patents
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1233491 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種不具微浊 仪/反暗至之纟倍距反射面天線場 型量測裝置,特別是指一種姓人卩主p 裡、、'。合時域脈衝系統而不具微波暗 室之縮距反射面天線場型量測裂置。 【先前技術】 傳統天線量測方式分兔-絲 .αϊ ^ j刀八刀馮二種,分別為近場量測裝置丄i 「如附件一所示」、縮距場量測裝置i2「如附件二所示」,及 遠場量測裝置13「如附件二所- 乂、+、^曰 干一所不」,刖述的量測方式通常都 是屬於高成本’因為它需要在射頻的微波暗室内,微波暗室 内有高精確性的掃描裝置及邊緣處理之高精密縮距反射面 天線及微波吸收體15,而且還需要考慮到微波暗室的大小, 若微波暗室越大(像是遠場所需要的空間)則微波吸收體Η 的里就多成本也就越多了。 -般天線量測都需要考慮到距離、頻率及天線大小等條 件來決定用哪一種天線量測方式,如量測一 6〇公分的衛星 直播偏焦反射面天線’其工作頻率為12GHz,在一般傳統的 ΐ測空間’長、寬、高之邊長至少需要有29公尺(n2Z^), 若微波暗室需要這麼大’微波吸收體15之量也就要很多, 相對的成本也就大大的提高了,若是使用室外遠場’需要考 慮到天候、多重路徑的影響,和外部其他射頻干擾之影響。 傳統的縮距場量測方法都是使用反射面天線,因為它可 1233491 、產生近似运j;琢距離之平面波,一般反射面天線有三種結 構 77別為單一偏焦拋物反射面,拋物面及圓柱面雙反射 面及雙形反射面「如附件四所示」,由於反射面天線會有 邊緣、170射’ 一般採用据齒狀邊緣14 (serrated edge)、捲邊 (roll edge)、電阻隔板16(R—card)及微波吸收體15當擋板
Cmiefowave absorber)等方式解決邊緣繞射的問題,上述幾 種方法由於涉及精密度要求,製作相對不容易致使設置成本 提高。 傳統近場量測系統天線場型量測系統沒有很廣泛被使用 的原因是它需要很大的成本花費在很大的微波暗室空間、及 該空間内部之微波吸收體15和精確複雜的近場的掃描設備 或间精岔度的縮距反射面天線,其設備及維護成本均相當驚 人’實非一般企業或研究機構所能負擔。 再者若不採用上述近場量測系統而採用縮距場量測天線 %型,仍然需要相當大空間及微波吸收體15,同時還需需要 高精密度的縮距反射面天線,及反射面還需邊緣處理。 由此可見,上述習用天線量測裝置仍有諸多缺失,實非 一良善之设計者,而亟待加以改良。 本案發明人鑑於上述習用天線量測裝置所衍生的各項缺 點’乃亟思加以改良創冑,並經多年苦心孤詣潛心研究後, 終於成功研發完成本件不需微波暗室及不需反射面邊緣處 1233491 理之縮距反射面天線場型量測裝置。 【發明目的】 本發明之目的即在於提供一種縮距反射面天線場型量測 裝置,係提供一種增益高、低成本和結構簡單的縮距場量測 方式。 本舍明之-人一目的係在於提供一種縮距反射面天線場型 量測裝置,採用不須作任何邊緣處理之反射面天線,結合了 時域量測系統可以移除邊緣繞射所造成的多重路徑之散射 場’相對的成本也就降低了很多。 本發明之另一目的係在於提供一種縮距反射面天線場型 i測裝置’係結合了時域量測系統,該系統可移除反射面天 線所產生之反射、散射和繞射等現象,並可在時域中截取訊 號’因此不需要微波暗室。 本發明之又一目的係在於提供一種縮距反射面天線場型 量測裝置,係提供天線大小場型及相位場型量測時其使用空 間需求較小且不需微波吸收體也能量測。 【發明内容】 可達成上述發明目的之縮距反射面天線場型量測裝 置’包括有: 一天線座架,提供支撐反射面天線結構之裝置; 一反射面天線,係連結於該天線座架上緣,由一偏焦拋 1233491 物面和一饋源組成,該饋源係為一環形皺面天線其所發出的 球面波會經偏焦拋物面反射後會變換成一平面波; 一喇u八天線,係與訊號擷取接收裝置相連,以便測得離 反射面天線靜態區的大小場型及相位場型;以及 一訊號擷取接收裝置,具有一輸出端與輸入端,該輪出 端以傳輸線相連接饋源提供輸出訊號,而該輸入端以傳輸線 與喇σ八天線連接以接收輸入訊號,再利用時域量測系統把輪 出與輸入訊號之多重路徑所產生的邊緣繞射場移除後,再截 取時域中輸出與輸入訊號相互比較而求得的傳遞函數。 【較佳實施例】 請參閱圖一,本發明所提供之縮距反射面天線場型量測 裝置,主要包括有:一天線座架21,提供支撐反射面天線 22結構之裝置;一反射面天線22,係連結於該天線座架2ι 上緣,由一偏焦拋物面和一饋源2 3組成,該饋源2 3係為一 ¥形皺面天線其所發出的球面波會經偏焦拋物面反射後會 變換成一平面波;一喇B八天線24,係與訊號擷取接收裝置 25相連,以便測得離反射面天線22靜態區的大小場型及相 位場型;以及一訊號擷取接收裝置25,具有一輸出端與輸入 端’該輸出端以傳輸線相連接饋源23提供輸出訊號,而該 輪入端以傳輸線與喇叭天線24連接以接收輸入訊號,再利 用時域量測系統把輸出與輸人訊號之多重路徑所產生的邊 1233491 緣繞射場移除後,再截取時域中輸出與輸入訊號相互比較而 求得的傳遞函數訊號。 本發明係使用16〇cm商業界所使用之衛星直播偏焦反射 面天線,材質是鍍鋅鋼板當作反射面天線22,選擇饋源23 的天線疋%形皺面天線,當作反射面天線22的饋源23。理 淪上靜態區是反射面天線22盤面大小的三分之一,所以靜 心區大小應該會約有53cm,傳統的縮距反射面測試靜態區 (Quiet zone)性能約有大小(magnitude)正負〇 5dB的波紋 漣漪,以及正負5度的相位波紋漣漪,將根據以上所有之特 性作參考,再係結合訊號擷取接收裝置25之時域量測系統, /、日寸域里測系統工作脈衝寬度為3〇ps,脈衝重覆率為 25OKHz,輸出電壓為3〇伏特,由於此時域量測系統可以截 取時域中主要訊號,i可以移除多重路徑所產生的邊緣繞射 ^而使用時域脈衝訊號平均值的功能也可以減少室外射頻 之干擾。 本發明使用的天線量測系統有(丨)頻域近場量測系統 及(2 ) t外天線量測系統,近場之微波暗室長寬高大小分 別為9公尺χ4· 4公尺χ3· 8公尺,訊號擷取接收裝置25(8卿嶋 an_為HP8722E,軟體為Α_Μ公司設計提供,測試頻率 範圍從50Μίίζ到4GGHZ,而時域量測系統有兩個發射站,距 離刀別為115公尺及236公尺,測試頻率範圍從1〇〇MHz到 1233491 26GHz,脈衝寬度為30ps,脈衝重覆率為l25KHz,輸出電壓 為30伏特,軟體為GE0Z0NDAS公司設計提供,反射面天線 22大小為16〇公分,環形皺面天線頻段為12到i8GHz。 本發明量測分為兩個階段,第—階段是本發明之反射面 在近場天線量測系統裡調校,調校後在近場的微波暗室内再 作靜態區的量測,並作「頻域量測」和「時域量測」的靜態 區結果比較,第二階段使用兩種形式的驗證天線來作本發 明、近場以及室外遠場的結果比較。 ※第一階段:在近場調校反射面天線22 本階段係使用大葉大學之多功能近場量測裝置丨丨,其微 波暗室之長寬高大小為9公尺χ4_ 4公尺χ3· 6公尺,使用的 s測方法為平面極形(plane p〇lar),它是屬於頻域量測的 方式’量測的頻率點為12GHz,量測此反射面天線22的靜態 區大小場型及相位場型,其量測結果如r如圖二、三所示」; 另里測係使用導波管(6 2)當作發射源來作量測,由於此 天線之場型比較胖(6 dB i低指向性),因此邊緣繞射場會比 較明顯’所以它的波紋漣漪會比較大,而它的大小 (magnitude)及相位(phase)之波紋漣漪分別為正負5dB及正 負1 〇度,之後再使用時域量測系統作靜態區之量測,量測 的頻率點也為12GHz,量測結果「如圖四、五所示」,靜態區 大小及相位之波紋漣漪分別為正負ldB及正負1〇度,由以 1233491 上之量測結果中比較,時域量測的大小(晴伽㈣及相位 (Phase)之波紋漣漪,都比頻域還要小,在本發明中結合時 域量測系統沒有作任何邊緣處理,它的波紋漣漪就相當很小 了,由量測結果可以看出反射面之靜態區的性能如下: 寬度大小:55公分 南度大小:5 0公分 深度大小:5 0公分
大小 taper : 1 dB
大小波紋漣漪:+-ldB 相位波紋漣漪:+-l〇deg ※弟二階段:天線場型量測結果及增益之比較 本階段係提供兩種天線型式之驗證量測,第一種是量測 寬頻喇<低指向性天線31(指向性約12. 5dBi),第二種是一 個12GHz的60公分高指向性衛星直播反射面天線32(指向性 約3 5 · 5 dB i)’這兩種天線將會作本發明量測場和傳統遠場 之量測,並作一個比較。 ◎天線一:低指向性天線31 (寬頻喇队天線)量測 量測低指向性天線31主要驗證反射面天線2 2的邊緣、繞 射場之移除功能。首先將此低指向性天線31在頻域量測的 近場微波暗室内作場型量測「如附件五所示」,此低指向性 12 1233491 天線31係使用球形近場量測 八里,則的頻率點為12GHz, 於咼頻時其功率大小不夠,所 所以在發射端及接收端都加了放 大器,總共放大了 60dB,在近場 ⑺馬了要減少多重路徑所以 在待測天線前面加了-面檔牆,它是使用微波吸收體15及 電阻隔板16所組成,先在微波暗室採用近場球形掃描量測 方式’進仃场強量測蒐集量測資料,之後將此低指向性天線 31分別使用使用本發明之反射面天線以場型量測裝置「如 附件六」與傳統遠場量測裝置13「如附件七所示」進行場強 里測’於「附件六」中可得知本發明之量測場的深度距離只 有2公尺,而傳統遠場距離需要6· 27公尺,另外將上述三 種里測方式得出之量測場形資料加以歸納整理,其中「圖六」 為本發明量測低指向性天線E—plane場型和近場場型之比較 圖、「圖七」為本發明量測低指向性天線E—plane場型和遠 場場型之比較圖、「圖八」為本發明量測低指向性天線 H-plane場型和近場場型之比較圖、而「圖九」為本發明量 測低指向性天線H-plane場型和遠場場型之比較圖,由以上 之量測結果可以證明本發明和近場量測裝置n及遠場量測 裝置13等測試場都相當的接近。 ◎天線二:高指向性衛星直播反射面天線量測 里測南指向性衛星直播(DBS: direct broadcast system) 反射面天線32 ’主要驗證反射面天線22之表面誤差度。首 13 1233491 先先使用頻域近場量測裝置1丨,量測高指向性衛星直播反射 面天線32場型,由於它是屬於高指向性天線,所以使用的 里測方式是平面極形(plane p〇lar)近場量測系統方式「如 附件八所示」,頻率也是12GHz,由於是高頻它的功率大小不 夠’所以在發射端及接收端都加了放大器,總共放大了 6OdB,之後再把咼指向性衛星直播反射面天線使用本發 明反射面天線22場型量測裝置與室外遠場量測裝置丨3量測 「如附件九、十所示」,本發明量測場的距離總深度約為2 a尺,增盈的ϊ測結果約為36· 385dBi,而室外遠場之距離 為115公尺(因為該高指向性衛星直播反射面天線犯本身所 需的遠場距離為29公尺,所以是足夠的),增益的量測結果 約為35.533dBi,本發明和近場還有室外遠場的H—piane場 型ΐ測結果,比較如圖十、十一所示,其近場及本發明的場 型相當接近。 由以上兩個天線之量測結果發現所設計的反射面天線 22 ’又有經過任何邊緣處理,並且結合了時域量測系統,量測 場的距離總深度約$ 2公尺相較於傳統室外遠場之距離為 公尺是—個低成本,並具有遠場量測系統13之天線量測 最佳選擇。 t參考文獻】
Chang D.-C. , "ANTENNA ENGINEERING" Da-Yeh 1233491
University. August 2001.
[2] Chang, D.-C. ; Yang, C.-C. ; Yang, S· -Y· Dual-reilector system with a spherical main reflector and shaped subreflector for compact range” Microwaves, Antennas and Propagation, I EE Proceedings - , Volume: 144 Issue: 2 , Apr 1997 Page(s): 97 -102.
[3] Marti-Canales, J. ; Ligthart, L. P. ; Roederer, A. G.; “Performance analysis of a compact range in the time domain” Antennas and Propagation,IEEE Transactions ON ANTENNA, Volume: 50 Issue: 4, Apr 2002 Page(s): 511 -51.
[4] Geozondas, ”Antenna Test Area”Vilnius 2002. 【特點及功效】 本發明所提供之縮距反射面天線場型量測裝置,不但不 需要微波暗室及微波吸收體,而且反射面天線又沒有作任何 邊緣處理,又於量測結果中得知本發明與傳統近場量測與遠 場量測結果都相當接近,使本發明的大大降低了成本及量測 空間。 上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說 明,惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍,凡未脫離 1233491 本發明技藝精神所為之等效實施或變更,均應包含於本案之 專利範圍中。 、、不上所述,本案不但在技術思想上確屬創新,並能較習 用物增進上述多項功效,應已充分符合新穎性及進步性之 法疋毛明專利要件,爰依法提出中請,懇冑貴局核准本件 發明專利申請案,以勵發明,至感德便。 【圖式簡單說明】 明參閱以下有關本發明一較佳實施例之詳細說明及其附 圖’將可進-步瞭解本發明之技術内容及其目的功效;有關 該實施例之附圖為: 圖一為該縮距反射面天線場型量測裝置之立體視圖; 圖二為反射面天線在近場内調校於12GHz頻域量測之大 小場型圖; 圖三為反射面天線在近場内調校於12GHz時域量測之相 位場型圖; 圖四為該縮距反射面在近場使用時域量測於12GHz時域 量測之大小場型圖; 圖五為該縮距反射面在近場使用時域量測於12GHz時域 量測之相位場型圖; 圖六為該反射面天線場型量測低指向性天線E—pianej# 型和近場場型之比較圖; 16 1233491 圖七為該反射面天線場型量測低指向性天線E-p 1 ane場 型和遠場場型之比較圖; 圖八為該反射面天線場型量測低指向性天線H-p 1 ane場 型和近場場型之比較圖; 圖九為該反射面天線場型量測低指向性天線H-p 1 ane場 型和遠場場型之比較圖; 圖十為該反射面天線場型量測高指向性衛星直播反射面 天線H-pi ane場型和近場場型之比較圖; 圖十一為該反射面天線場型量測高指向性衛星直播反射 面天線H-pi ane場型和遠場場型之比較圖; 附件一為習用之近場量測系統實體示意圖; 附件二為習用之縮距場量測系統實體示意圖; 附件三為習用之室外遠場量測系統實體示意圖; 附件四為習用之雙縮距反射面天線量測系統實體示意 圖; 附件五為低指向性天線在頻域量測的近場微波暗室内作 場型量測示意圖; 附件/、為該反射面天線場型量測低指向性天線場型圖· 附件七為傳統遠場距離量測低指向性天線場型圖; 附件八為該高指向性衛星直播反射面天線在近場量測場 型之示意圖; 17 1233491 附件九為該反射面天線場型量測高指向性衛星直播反射 面天線之示意圖;以及 附件十為室外遠場量測該高指向性衛星直播反射面天線 場型之示意圖。 【主要部分代表符號】 11近場量測裝置 12縮距場量測裝置 13遠場量測裝置 14鋸齒狀邊緣 15微波吸收體 16電阻隔板 21天線座架 22反射面天線 23饋源 24 11 刺σ八天線 25訊號擷取接收裝置 31低指向性天線 3 2高指向性衛星直播反射面天線
Claims (1)
1233491ί
口
拾、申請專利範圍 I 一種縮距反射面天線場型量測裝置,包括·· 一天線座架’提供支撐反射面天線結構之裝置; 一反射面天線,係連結於該天線座架上緣,由一偏焦拋 物面和一饋源組成,該饋源係為一環形皺面天線其所發出的 球面波會經偏焦拋物面反射後會變換成一平面波; 一喇^天線,係與訊號擷取接收裝置相連,以便測得離 反射面天線靜態區的大小場型及相位場型;以及 一汛號擷取接收裝置,具有一輸出端與輸入端,該輸出 端以傳輸線相連接饋源提供輸出訊號,㈣輸人端以傳輸線 與剩σΛ天線連接以接收輸入訊號。
2. 3. 4. 如申請專利範圍第1項所述之縮距反射面天線場型量 裝置,其中該反射面天線係為一金屬反射面。 申明專利範圍第2項所述之縮距反射面天線場型量 装置’其中該反射面天線係具有平滑邊緣。 如申請專利範圍第1項所述之縮距反射面天線場型量 裝置,其中該饋源到反射面天線盤面的距離和反射面 線盤面直徑大小之比為〇· 6。 如申請專利範圍第!項所述之縮距反射面天線場型量 裝置,其中該訊號擷取接收裝置之時域量測系統,係 截取時域中輸出與輸入訊號相互比較而求得的傳遞 數0
19 5. 12¾ 柳 ^ 6. 如申請專利範圍第1項所述之縮距反射面天線場型量測 裝置,其中該時域量測系統可移除反射面天線多重路徑 所產生的邊緣繞射場。
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